3.4.2. Концепция компании NTT "VI&P"
3.4.3. Концепция компании Siemens "Vision O.N.E."
3.4.4. Концептуальная модель местной сети
3.4.1. Общий подход
На принципы построения сетей электросвязи влияют две группы факторов: внешние и внутренние. Воздействие внешних факторов изучается информатикой – группой дисциплин, связанных с получением, накоплением, использованием и распространением различного рода информации в интересах экономической, социальной и культурной жизни общества. Воздействие внутренних факторов обусловлено, в основном, существенными качественными изменениями отдельных элементов сети электросвязи: коммутационных станций, систем передачи, направляющих систем, терминального оборудования.
Индустрия обработки информации, включающая систему связи, в развитых странах постепенно выходит на первое место среди других сфер производства. По масштабам инвестиций развитие связи существенно превосходит остальные компоненты индустрии обработки информации. По вкладу в технико-экономический эффект от информатизации на долю средств связи приходится порядка 40% [42, 43]. Возникший спрос на самые современные услуги электросвязи можно рассматривать как прямое следствие развития процесса информатизации.
Значительные изменения, произошедшие за последнее время в принципах реализации всех элементов системы электросвязи, уже сами по себе требовали пересмотра существующих сетевых концепций. В разделе 2.4 была рассмотрена новая концепция построения первичной сети, что является следствием появления ОК и СЦИ. В этом разделе будет изложен новый подход к принципам реализации структуры телефонной сети. Но совпавшие во времени существенные изменения как внешних, так и внутренних факторов привели к необходимости анализа глобальных тенденций развития системы электросвязи. По этой причине сначала целесообразно изложить более общие концептуальные положения.
Основные аспекты развития электросвязи изложены во многих работах (например, [4, 11, 44, 45]), но обобщенные концептуальные положения дальнейшей эволюции системы связи наиболее глубоко проанализированы в [40]. Эта монография, написанная бывшим президентом NTT, представляет хорошо аргументированную точку зрения на систему связи XXI века. Основные концептуальные положения эволюции системы связи выражены автором упомянутой монографии в трех словах: Visual, Intelligent and Personal (VI&P).
3.4.2. Концепция компании NTT «VI&P»
Все три определения перспективной системы электросвязи – визуальная, интеллектуальная и персональная – следует рассматривать в широком смысле.
По сравнению с речью и текстом визуальная информация обладает рядом очевидных преимуществ. По этой причине данное направление эволюции электросвязи представляется достаточно очевидным [46]. Понятие «визуальная информация» включает широкий спектр услуг, начиная от обмена неподвижными изображениями и кончая передачей телевизионных сигналов с высокой разрешающей способностью типа HDTV (High Definition TeleVision). В любом случае объем передаваемой информации существенно выше, чем при обычной телефонной связи. Визуальная информация обычно характеризуется значительной избыточностью, что позволяет использовать эффективные методы компрессии сигналов [47].
Концепция VI&P содержит три класса услуг обмена визуальной информацией, каждый из которых реализуется на трех этапах эволюции сети электросвязи: ТФОП – обычная ЦСИО – широкополосная ЦСИО. До перехода к ЦСИО, когда визуальная информация передается по каналу ТЧ, абонентам могут предоставляться услуги видеотелефонной (не цветной) связи и передачи неподвижных изображений. В [46] к визуальной информации отнесены также факсимильные изображения, которые – до терминалов группы G3 [48] включительно – также могут передаваться по ТФОП. При реализации обычной ЦСИО со стыками пользователь-сеть типа 2B+D и 23B+D (в Японии и США используется именно такая структура доступ на первичной скорости в отличие от европейского стандарта 30B+D) обмен визуальной информацией дополняется такими возможностями как видеоконференция, цветная видеотелефонная связь, передача цветных факсимильных изображений и использование терминалов группы G4. Далее, по мере перехода от обычной к широкополосной ЦСИО, абонентам станут доступны базы данных, содержащие визуальную информацию с качеством, аналогичным стандарту HDTV, высококачественная передача телевизионных программ и т.п.
Эволюция услуг по обмену визуальной информацией привязана, таким образом, к основным этапам модернизации ТФОП.
Аспект «интеллектуальности» носит в концепции VI&P специфический характер и только по общей идее корреспондируется с понятием Интеллектуальная Сеть, принципы создания которой изложены в разделе 5.4. Можно выделить четыре основных направления, для которых введение в систему связи определенного «интеллекта» представляется авторам анализируемой концепции очень эффективным: упрощение доступа к услугам электросвязи, облегчение условий труда, помощь в принятии решений и преодоление языкового барьера.
Предоставление сетью электросвязи новых услуг обычно связано с усложнением процедур, выполняемых абонентом. Повышение «интеллекта» системы связи может существенно упростить уже реализованные процедуры общения абонента с сетью и обеспечить введение новых функциональных возможностей без каких-либо усложнений выполняемых пользователем операций. Одним из наиболее простых примеров первого направления «интеллектуализации» сети может считаться выдача команды на установление соединения голосом.
Под облегчением условий труда авторами концепции VI&P понимаются такие возможности, как услуги «электронного секретаря», обращения к базам данных общего пользования, создание, при необходимости, собственных баз данных и т.п. Помощь в принятии решений опирается на специализированные базы данных, ориентированные на подобный круг задач. Преодоление языкового барьера связано с широким использованием систем интерпретации речи или текста, что позволяет осуществлять достаточно качественный устный или письменный перевод вне зависимости от лингвистической подготовки.
Аспект «персональности» также носит в концепции VI&P специфический характер, но он достаточно тесно связан с услугой «Универсальная персональная связь», которая будет рассмотрена в разделе 5.5. «Персональность» проявляется в таких функциональных возможностях как персональный (личный) номер, формирование наиболее удобных для абонента услуг, показателей качества обслуживания и т.п. Иными словами перспективные сети связи будут, по мнению авторов концепции VI&P, больше учитывать индивидуальные запросы абонентов, а не предлагать некие усредненные услуги и показатели качества обслуживания вызовов и передачи информации.
Можно считать, что аспекты «интеллектуализации» и «персональности» системы электросвязи почти не коррелированы с основными этапами эволюции ТФОП.
Концептуальные положения VI&P развиваются японскими специалистами с учетом самых современных направлений эволюции электросвязи, которые рассматриваются в пятой главе монографии.
3.4.3. Концепция компании Siemens «Vision O.N.E.»
Другая интересная концепция эволюции системы электросвязи – Vision O.N.E – разработана специалистами Siemens [49]. Три буквы в названии концепции – O (Optimized), N (Network) и E (Evolution) – определяют ее содержание как оптимальную эволюцию сети. Основные идеи, заложенные в концепции VI&P и Vision O.N.E, практически идентичны. Поэтому ниже кратко отмечены только те аспекты концепции Vision O.N.E, которые, по мнению автора, сформулированы более четко, чем в VI&P.
Во-первых, концепция Siemens значительное внимание уделяет развитию электросвязи на предприятиях различного профиля; в отечественной терминологии эту группу пользователей ТФОП называют производственным сектором в отличие от квартирного сектора, охватывающего телефонные аппараты, установленные у населения. Но, анализируя принципы эволюции систем связи производственного назначения [45], авторы фактически детализируют принципы VI&P.
Во-вторых, тенденции к широкому использованию АЛ, образованных посредством радиосредств, диктуют необходимость дополнить уже упомянутые пять направлений эволюции абонентской сети за счет использования ОК (FTTB, FTTH, FTTF, FTTC, FTTO) новым средством доступа к ТФОП – RITL (radio in the loop). Выделение концепции использования радиосредств для создания АЛ в самостоятельное направление обусловлено рядом проблем: электромагнитная совместимость и сопряжение с сотовыми сетями и системами персонального вызова (Paging), поддержка услуг обмена факсимильными сообщениями, возможностей ЦСИО и т.п.
В-третьих, в концепции Vision O.N.E явно сформулировано направление эволюции ТФОП, ориентированное на внедрение ЦКУ большой пропускной способности и мощных коммутационных станций. В качестве перспективного ЦКУ для первичной сети Deutshe Bundespost Telecom в [44] назван узел, обеспечивающий подключение 65000 цифровых трактов ЦСП типа ИКМ-30, что эквивалентно 1,95 млн каналов ТЧ. Производительность коммутационных станций – число попыток установления вызова в час наибольшей нагрузки (ЧНН) – должна по мнению авторов концепции Vision O.N.E вырасти в несколько раз [44]. Это, естественно, означает, что и емкость коммутационных станций может быть увеличена практически во столько же раз.
Последнее обстоятельство играет весьма существенную роль в формировании тех новых сетевых концепций, которые направлены на эволюцию ТФОП. Эти концепции еще не сформулированы так четко, как, например, принципы модернизации первичной сети на базе СЦИ и ОК. Поэтому ниже приводятся, в некотором смысле, абстрактные модели перспективных местных телефонных сетей и анализируются соответствующие изменения в системных принципах ТФОП. Из последних наиболее существенны система сигнализации и план нумерации. В двух следующих разделах рассматриваются новые принципы построения ГТС, СТС и абонентских сетей, являющиеся, в конечном счете, конкретизацией той абстрактной модели, которая анализируется ниже.
В качестве еще одной концепции следует упомянуть направление, именуемое в английском языке термином «Global Village» [50]. Эта концепция связана, скорее, с социально-политическими аспектами всемирной телефонной сети.
3.4.4. Концептуальная модель местной сети
Новые сетевые концепции затрагивают, как правило, не только вопросы структуры сети, но и некоторые аспекты сигнализации, технического обслуживания, а также других направлений эволюции телефонии. Функциональная модель, представляющая гипотетическую местную телефонную сеть, показана на рисунке 3.4.
Нижняя плоскость на рисунке 3.4 показывает фрагмент ТФОП, который, в данном случае, моделирует местную телефонную сеть. Коммутационные станции местной сети соединены по принципу «каждая с каждой», что, как уже отмечалось ранее, отображает одну из важнейших тенденций эволюции ТФОП, заключающуюся в уменьшении числа уровней ее иерархии. Выделение в модели верхней плоскости, трактуемой в ряде работ как «Интеллектуальный» уровень системы электросвязи [51], подчеркивает также упомянутую ранее тенденцию развития ТФОП – реализацию в коммутационных станциях только тех функций, которые относятся к распределению информации.
3.4.5. Система общеканальной сигнализации
Средняя плоскость рассматриваемой модели представляет собой сеть ОКС. Эта сеть образуется тремя основными элементами [14]:
- звеном сигнализации (Signalling Link), представляющим собой совокупность двух противоположно направленных ОКС;
- пунктом сигнализации (Signalling Point -SP), который можно рассматривать как совокупность аппаратно-программных средств коммутационной станции, формирующих сигнальные сообщения для передачи и обрабатывающих принимаемые сигнальные сообщения в процессе обслуживания вызовов;
- транзитным пунктом сигнализации (Signalling Transfer Point – STP), назначение которого заключается, в основном, в передаче сигнальных сообщений из одного звена сигнализации в другое.
Создание сети ОКС для ТФОП, реализующей только услуги распределения информации, можно рассматривать как оптимальное с технической и экономической точек зрения развитие системы сигнализации. Как только возникает необходимость предоставления услуг ЦСИО, сопряжения ТФОП с сотовой сетью, реализации современной системы технического обслуживания и т.п., создание сети ОКС сразу же становится обязательным условием.
В предложенной модели сеть ОКС расположена между коммутационными станциями и другими элементами системы электросвязи. Этим подчеркивается ее основная задача – обеспечение обмена информацией, необходимой для нормального функционирования всех элементов системы электросвязи.
Верхняя плоскость на рисунке 3.4 иллюстрирует возможность дополнения услуг распределения информации новыми функциями, подключения центра технической эксплуатации и т.п. Показанные на верхней плоскости рисунка 3.4 центры поддержки услуг соответствуют элементам телефонной сети, именуемым в англоязычной технической литературе Service Provider (поставщик услуг).
Предложенная модель отражает структурные особенности перспективных местных телефонных сетей, но не раскрывает те изменения, которые необходимо ввести в системы сигнализации и нумерации. Изменения, осуществляемые в системах сигнализации и нумерации, обычно сопряжены с большими затратами и требуют тщательного анализа. Кроме того, эти изменения целесообразно, как правило, осуществлять превентивно, т.е. несколько опережая те моменты времени, когда существующие система сигнализации и план нумерации начнут сдерживать процессы эволюции ТФОП.
Спецификация системы общеканальной сигнализации МККТТ N 7 [14] разрабатывалась не только для применения на телефонных и других вторичных сетях, но и для использования в ЦСИО, поддержки процессов технического обслуживания и т.п. Практическая реализация сети ОКС началась, естественно, с телефонии. Постепенное и, главное, экономичное введение новых функций можно рассматривать как одну из главных особенностей концептуальной модели системы ОКС, представленной на рисунке 3.5.
Структура системы ОКС N 7 [14] имеет некоторые отличия от семиуровневой модели взаимодействия открытых систем [52]. Рекомендации МККТТ серии Q.700 [54] содержат детализированную модель системы ОКС. Но для дальнейшего изложения материала удобно модифицировать эту модель по аналогии с трактовкой, предложенной, например, в [53]. Такой подход позволит избежать детального объяснения принципов функционирования системы ОКС, которые хорошо изложены в [45 и 55].
Система передачи сообщений (Message Transfer Part – MTP) делится на три функциональных уровня [14], но в предложенной модели она представлена как единый уровень MTP. Основная задача этого уровня заключается в переносе сигнальных сообщений между смежными пунктами сигнализации (SP и/или STP) в соответствии с заданными показателями качества обслуживания и передачи. Система MTP является общей для всех видов сигнальных сообщений.
Функции уровня системы передачи сообщений разрабатывались на основе требований телефонии. По этой причине его функции не включают некоторые услуги, предоставляемые тремя нижними уровнями модели взаимодействия открытых систем. Как только возникла необходимость использовать систему ОКС для ЦСИО, системы технического обслуживания и т.п., стало очевидным, что функции MTP должны быть дополнены до стандартного набора услуг, поддерживаемых уровнями 1, 2 и 3, стандартизованными в [52]. Для этого в спецификацию системы ОКС N 7 был введен уровень подсистемы управления сигнальными соединениями (Signalling Connection Control Part – SCCP), расположенный в средней части рисунка 3.5.
Верхний уровень модели, показанной на рисунке 3.5, содержит ряд систем пользователя, ориентированных на поддержку систем сигнализации различных сетей и систем электросвязи. Для примера показаны системы пользователя для:
- интегральной сети (ISDN User Part – ISUP), предназначенной для обмена сигнальной информацией в ЦСИО;
- обеспечения транзакций (Transaction Capabilities Application Part – TCAP), используемой в системе технического обслуживания, для поддержки процессов функционирования Интеллектуальной Сети и т.п.;
- сотовой сети (Mobile Application Part – MAP), необходимой для реализации алгоритмов, специфических для связи с подвижными объектами;
- ТФОП (Telephone User Part – TUP), поддерживающей процессы установления соединений в телефонной сети.
Последняя из перечисленных систем взаимодействует с MTP помимо SCCP. Этот принцип отражает историю развития спецификации системы ОКС N 7. За исключением ситуации с системой телефонного пользователя модель общеканальной сигнализации можно рассматривать как два универсальных уровня MTP и CSSP, которые обеспечивают передачу сигнальных сообщений для ТФОП, ЦСИО, сотовой сети, системы технического обслуживания и т.п. Аппаратно-программные средства для соответствующих систем могут разрабатываться и внедряться независимо.
Наличие значительного ряда систем пользователя имеет и ряд недостатков, среди которых можно отметить значительное дублирование функций, обусловленное схожестью многих алгоритмов обслуживания вызовов в разных вторичных сетях. Например, функциональные возможности ISUP обеспечивают поддержку всех процессов, необходимых для ТФОП. По мере введения системы ISUP в состав системы ОКС появляется возможность отказаться от системы TUP. Это явление можно, по всей видимости, рассматривать как процесс интеграции отдельных систем пользователя.
3.4.6. Перспективная система нумерации
Зависимость плана нумерации ТФОП от процессов ее модернизации может рассматриваться с нескольких точек зрения, которые могут быть сгруппированы в три независимых класса:
- необходимость выделения индексов «а» или «ав» (в зависимости от принятой ранее системы нумерации) при внедрении цифровых коммутационных станций на местных телефонных сетях;
- переход на новую систему нумерации на местных сетях, исчерпавших возможности существующего плана нумерации, что обычно обусловлено ростом емкости ГТС или СТС;
- необходимость расширения номерной емкости для подключения абонентов вновь создаваемых сетей, например для связи с подвижными объектами.
Первый класс проблем достаточно подробно изложен в технической литературе [56] и руководящих документах по развитию ТФОП.
Второй класс проблем также достаточно хорошо изучен для ГТС с пяти- и шестизначной системами нумерации. Когда семизначная система нумерации исчерпывает свои возможности (к этой ситуации приближается Московская ГТС, а за ней и ГТС Санкт-Петербурга), то известные технические решения не могут быть использованы, так как они нарушают всю национальную систему нумерации. Можно искать пути модернизации системы нумерации крупных ГТС, рассуждая только с позиций ТФОП. Но даже интуитивно понятно, что оптимальное решение может быть получено только при совместном анализе проблем, отнесенных выше ко второму и третьему классам.
Очень показателен процесс изменений национальных систем нумерации в Великобритании [57, 58] и Северной Америки [59].
Разработанный Администрацией связи Великобритании в 50-х годах план нумерации был рассчитан на период развития национальной ТФОП от 50 до 100 лет. Интенсивное развитие услуг телефонии и других сетей электросвязи привели к необходимости разработки нового плана нумерации. В качестве возможного варианта рассматривалась и модификация существующей девятизначной системы нумерации, состоящей из кода зоны ABC и местного номера DEFGHJ. Ожидаемая модернизация национальной системы электросвязи обусловила введение десятизначной системы нумерации.
Были проанализированы преимущества и недостатки введения дополнительной цифры «X» тремя способами:
- в качестве первой цифры местного номера, что можно обозначить как ABC XDEFGHJ;
- в качестве последней цифры кода зоны, что можно обозначить как ABCX DEFGHJ;
- в качестве первой цифры кода зоны, что можно обозначить как XABC DEFGHJ.
Еще до разработки нового плана нумерации для национальной сети была изменена система нумерации на ГТС Лондона, что объяснялось существенным увеличением числа ее абонентов. Столица была разделена на две зоны с кодами ABC 071 и 081. Такое решение, схожее с планом нумерации Нью-Йорка, должно было бы привести к первому из перечисленных выше вариантов. Но взвесив все Pro et contra был выбран последний вариант, которому свойственны два преимущества:
- минимальные сложности для абонентов ТФОП, связанные с адаптацией к новой системе нумерации;
- возможность введения эффективной системы нумерации для других (по отношению к ТФОП) вторичных сетей.
Последнее утверждение объясняется функциональным назначением цифры «X»:
- «0» резервируется в качестве перспективного префикса для международных соединений;
- «1» используется для ТФОП вместе с существующими кодами ABC;
- «2» резервируется для ТФОП на тот случай, если потребуется введение новых кодов ABC;
- «3 ... 9» будут использованы для сотовых сетей связи с подвижными объектами, систем персональной связи и других приложений, которые не связаны с географическим положением терминала.
Решения, принятые Администрацией связи Великобритании в части изменения системы нумерации, представляются очень интересными. Но следует учесть, что прямое копирование систем нумерации – в отличие от многих других системных решений – не представляется возможным.
Похожий план реализуется в настоящее время на национальной ТФОП в Швеции [60].
Система нумерации в Северной Америке имела одну специфическую черту, заключающуюся в отсутствии префикса выхода на междугородную телефонную сеть. В США и Канаде местный номер состоит из семи знаков, а код зоны ABC – из трех. В индексе «А» не использовались цифры 0 и 1. Междугородные и местные коды различаются по второму знаку. В междугородных кодах в индексе «В» использовались только цифры 0 и 1.
Когда стала ощущаться нехватка кодов ABC, на ТФОП Северной Америки был введен префикс выхода на междугородную телефонную сеть – цифра «1». В этом плане ТФОП Северной Америки и России имеют много общего. Разработанное специалистами Bellcore предложение по модернизации плана нумерации Североамериканской телефонной сети затрагивает только аспекты новых кодов ABC [59].
Увеличение числа междугородных (зоновых) кодов стало возможным за счет использования в качестве новых значений индекса «B» цифр от двойки до девятки. Предложенные Bellcore 640 кодов ABC распределяются следующим образом:
- 300 кодов предназначены для ТФОП и «привязаны» к географическому положению терминалов абонентов ТФОП;
- 90 кодов не связаны с географическими характеристиками терминалов и предназначены для систем персональной связи, рассматриваемых в разделе 5.5, и сервисных служб, именуемых в США и Канаде «Услуга 800» и «Услуга 900»;
- 80 кодов будут использованы для расширения десятизначной системы нумерации, что является прерогативой Администрации, ведающей планом нумерации для Северной Америки (The North American Numbering Plan Administration);
- 170 кодов оставлены для дальнейшего развития системы нумерации.
Код ABC может выделяться не только для региона или одного города, но и для отдельных районов крупного города. Для Нью-Йорка выделено несколько кодов ABC; для установления соединения в пределах города, но при разных кодах ABC набирается префикс выхода «1» и полный номер вызываемого абонента (десять знаков).
Следует отметить, что на крупных ГТС применяется и другое решение. В Париже введена восьмизначная нумерация, при которой все вызовы в пределах города устанавливаются без набора междугородных кодов, но подобный подход имеет ряд существенных недостатков.
Резюмируя изложенное, можно отметить, что на ТФОП России также ощущается необходимость изменения системы нумерации. Эта проблема требует всестороннего исследования, для которого опыт развитых стран представляет собой значительную ценность, но не может быть автоматически перенесен на национальную телефонную сеть. Новый план нумерации Российской ТФОП должен также соответствовать рекомендации МККТТ E.164, определяющей требования к системе нумерации, исходя из соображений международных телекоммуникаций.